Ramscoop and RAIR ships

원래 개념

버서드 램스쿱, 또는 램제트는 9 BT에 핵융합 선구자 Robert W 버서드가 제안한 개념이다. 성간 매질에서 수소를 수집하고 융합해 추력을 얻는 방법이었다; 그는 이 과정이 우주선 내부 연료의 필요를 없애고 자체 지속을 가능하게 해, 사실상 연속 가속을 실현할 것이라고 보았다. 버서드는 성간 매질이 매우 희박하다는 점을 알고 있었으므로, 그가 제안한 우주선은 낮은 속도에서는 충분한 수소를 수집할 수 없었다; 램스쿱이 가속을 제공하기 위해서는 광속의 6%를 초과해야 하며, 질량을 절약하기 위해 자기 스쿱이 필요할 것이라고 제안되었다.

성간 먼지와 수소는 강하게 하전되어 있지 않으므로, 물질을 이온화해 스쿱이 수집할 수 있게 하려면 강력한 전방 레이저가 필요하다.

제동에서의 사용

후속 연구는 수천 킬로미터 너비의 자기 스쿱을 가진 우주선이 경험하는 항력이 너무 커서 가속이 불가능할 것임을 보여주었다. 이 연구는 자기 낙하산 제동 시스템에 영감을 주었다. 이 시스템은 210 A.T.부터 외태양계의 고속 우주선에 쓰였고, 어떤 형태로든 대부분의 선구적인 성간 우주선에 통합되었다.

성간 매질을 수집하고, 감속시키고, 수집된 운동 에너지를 사용하여 자기 램스쿱을 구동하는 것은 너무 많은 감속을 일으켜 성간 탐사선과 우주선이 감속 단계에서 상당한 양의 연료를 절약할 수 있게 했다; 이것은 가속에 필요한 연료에서 훨씬 더 큰 절약으로 이어졌고, 모든 설계의 성간 우주선을 훨씬 더 가볍게 만들었다. 많은 성간 우주선은 수집된 수소와 먼지를 추가 감속을 위한 질량으로 사용했으며, 우주선이 더 이상 마찰로 인한 감속을 일으킬 만큼 충분한 속도로 이동하지 않게 되었을 때 사용했다. 다른 설계는 자기 낙하산 장을 수집된 먼지로 채우고, 지역 항성 양성자 바람에 대한 제동을 위해 마그세일로 사용했다.

램 보조 행성간(Ram Assisted Interplanetary) (또는 항성간(Interstellar)) 로켓 (RAIR)

우주로부터 무료 연료를 얻는다는 이상은 포기되지 않았다; 후기 행성간 시대에 외태양계는 RAIR 우주선, 램 보조 행성간 또는 성간 로켓으로 가득 찼다; 이것은 성간 설계로 구상되었지만 태양계의 먼지가 많은 황도 구름에서 가장 효율적으로 작동한다. RAIR 우주선은 대량의 연료 비축량을 싣고 있다; 행성간 시대에 사용된 연료에는 중수소와 헬륨3, 때로는 삼중수소가 포함되었다. 비교적 작은 램스쿱이 수집한 행성간 또는 성간 먼지와 수소는 불활성 추진제 질량으로 쓰이며, 제동 효과를 피하기 위해 매질의 운동 에너지를 가능한 한 많이 보존한다. 행성간 시대(Interplanetary age) 및 초기 연방 시대(Federation age) 탐사선들은 시드 램스쿱 시스템을 사용했다; 성간 항로를 따라 RAIR 선박의 경로에 냉동 수소와 기타 촉매 원소 펠릿을 뿌렸다; 이 펠릿들은 유인 우주선의 예상 경로를 따라 질량 투사기 캐터펄트로 발사되었다; 경량 선체 내부에 단열되어, 다가오는 우주선의 전방 레이저 빔이 감지될 때만 원격으로 기화되었다. 일부 설계는 뒤에서 포획된 캐터펄트 연료에 의존한다; 이것은 일부 측면에서 빔라이더 기술과 유사한데, 가속 모드일 때 연료가 우주선에 운동량을 전달하기 때문이다.

수소/붕소 및 수소/리튬 반응을 사용한 핵융합 촉매 작용은 수집된 물질의 수소도 융합될 수 있게 한다; 양성자/양성자 핵융합은 탄소와 네온, 뮤온 촉매 작용, 또는 반물질 여기를 사용하여 촉매될 수 있다; 추진을 위해 반물질을 사용한 최초의 우주선은 수소 핵융합을 촉매하기 위해 반물질을 사용했으며, 이는 소량의 엄청나게 비싼 반물질이 기본 소멸보다 더 많은 에너지를 생산할 수 있게 했다.
버사드 작동에서 나오는 방사선은 매우 강렬하므로, 승무원이 나노동면 상태에 있더라도 보호를 위해 무거운 차폐를 도입해야 한다; 가능한 한 승무원 구획은 핵융합 튜브나 챔버에서 멀리 떨어져 위치하며, 때로는 암석이나 금속(종종 텅스텐)의 차폐 질량 뒤에 있는 후방 테더에 위치한다. 테더를 사용하는 설계는 본질적으로 더 가볍다; 우주선을 회전시킬 필요 없이 감속을 위해 첫 번째 램스쿱 엔진의 백업과 후방에 두 번째 램스쿱 엔진을 포함할 수 있을 만큼 충분히 가볍다.

촉매 RAIR 선박은 인근 항성까지 여행할 수 있을 만큼 강력하지만, 강렬한 자기장이 민감한 전자 부품과 AI류(Aioid) 개체에 불편을 주지 않도록 예방 조치가 취해진다면 오늘날에도 태양계 외곽에서 여전히 일반적으로 사용된다.

핵융합의 반물질 촉매 작용보다 훨씬 더 강력한, 더 현대적인 성간 RAIR 우주선은 수집된 성간 수소의 물질/반물질 소멸을 사용한다. 가장 효율적인 S:0 드라이브는 일방향 여행을 위해 설계된 복잡한 하이브리드 설계다. 이러한 설계는 반물질 구동 램스쿱과 광범선을 결합한 형태이다. 비행 프로파일은 0.2-0.3c까지의 레이저 부스트 단계로 시작하며, 램스쿱은 반물질 반응에 쓸 반응 물질을 수집한다. 자기 제동 효과를 피하기 위해 이러한 반응은 우주선의 길이를 따라 이어지는 길고 얇은 반응 튜브에서 수행되며, 성간 매질의 전방 성분을 가능한 한 많이 감속시키지 않는다.

우주선은 약 0.7c까지 가속하고 순항한다. 여행 끝에서 감속할 때는 램스쿱을 제동에 쓰고, 스타다이브 기동에 쓰는 광범선 및 소량의 남은 반물질과 결합한다. 효과적인 차폐의 부족으로 인해, 이러한 설계는 침식에 의해 100광년 정도의 범위로 급격히 제한된다. 이 정도가 S:0 설계가 달성할 수 있는 최고 성능이다.

초월지성(Transapient) 변환 추진(Conversion Drive) 기술(소위 '기프트 드라이브')은 램스쿱 선박이 저장된 반물질 없이 수집된 질량을 거의 직접적으로 에너지로 변환할 수 있게 한다. 버전 전쟁 이후 대부분의 상대론적 클레이드는 연료 예비량을 보충하기 위해 성간 우주선에 RAIR 질량 수집을 통합했다; 분자 구름과 성운에서 특히 유용하다. 변환 추진과 램 수집의 조합은 현대 램스쿱 우주선이 본질적으로 무제한 범위를 가질 수 있게 하며, 이러한 우주선은 광속의 매우 높은 비율을 달성할 수 있다.

광학 램스쿱

또 다른 발전은 광학 램스쿱이다: 레이저를 사용하여 우주선 앞에 거울 링을 '부양'시킨다. 거울은 링의 중심으로 빛을 반사하도록 각도가 조정된다. 이 과정은 수소를 중앙 영역으로 밀어내는 '광학적으로 두꺼운' 공간 영역을 만든다. 그곳에서 수소는 우주선에 흡수되고 전환(Conversion) 기술로 에너지로 변환되어 놀라운 출력/추력을 낸다.

가장 큰 단점은 레이저를 작동하기 위해 약 1500TW의 전력이 필요하다는 것인데, 이것도 직접적인 물질/에너지 변환으로 제공될 수 있다.

버사드 램스쿱은 거주 지역에서 먼지를 쓸어내기 위해 내부 태양계에서도 활용된다; 빈스토크 및 기타 메가구조물은 미세 유성체 충돌에 취약하므로, 주기적인 자기 먼지 수집으로 생기는 방해를 감수할 가치가 있다고 여긴다.